對(duì)示波器有過(guò)了解的朋友們，應(yīng)該都聽(tīng)說(shuō)過(guò)ENOB這個(gè)示波器的重要指標(biāo)。ENOB是英文The Effective Number of Bits的縮寫(xiě)，翻譯為有效比特?cái)?shù)，它是量化模數(shù)轉(zhuǎn)換質(zhì)量的指標(biāo)，較高的ENOB意味著在模數(shù)轉(zhuǎn)換中記錄的電壓電平更精確。

那我們來(lái)看一下ENOB是如何影響模數(shù)轉(zhuǎn)換質(zhì)量的。衡量ADC的指標(biāo)是Bit位數(shù)，這里以K來(lái)表示。就是用2的K次方個(gè)等級(jí)來(lái)對(duì)信號(hào)電壓進(jìn)行量化和處理；假設(shè)K是10，那么意味著該ADC的量化電平為2的10次方，也就是1024個(gè)量化等級(jí)；對(duì)于同樣峰峰值大小比如1V的信號(hào)，量化等級(jí)越高，垂直分辨率越高，那么電平誤差自然也就越小。

以上是理論上理想ADC的ENOB=K，K是整數(shù)值，那么ENOB也是整數(shù)值。但是如果仔細(xì)去查看示波器（以R&S MXO5系列示波器為例) 的指標(biāo)手冊(cè)時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，ENOB的實(shí)際測(cè)量值卻很少是整數(shù)，一般都小于理想ADC的有效位，即ENOB<K：

為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的情況呢?

其實(shí)這里的ENOB值才是示波器實(shí)際能達(dá)到的ENOB值，由于ADC模塊只是示波器的一個(gè)組成部分，但是示波器作為一個(gè)很多射頻模塊組成的系統(tǒng)則會(huì)受很多因素的影響，導(dǎo)致ADC的性能并不能完全發(fā)揮出來(lái)，這樣一想確實(shí)有些道理。

但是究竟是哪些因素導(dǎo)致示波器的真實(shí)ENOB跟理想值不一樣呢？這是值得好好探究的問(wèn)題。

1、ADC在量化過(guò)程中會(huì)引入量化噪聲。

理想的ADC原理框圖如下所示：

理想的ADC應(yīng)該是完全線性的，只對(duì)輸入的有用信號(hào)(Signal)進(jìn)行量化。然而根據(jù)信號(hào)處理的原理，量化過(guò)程會(huì)不可避免的引入量化噪聲(Noise)，所以SNR(Signal to noise ratio)是ADC的主要性能指標(biāo)之一。

而我們知道，理想的ADC現(xiàn)實(shí)中是不存在的，除了量化噪聲，ADC還對(duì)輸入信號(hào)額外增加了失真(Distortion)，典型的失真包括噪聲、非線性輸入特性以及增益和偏移誤差等。

所以非理想的ADC原理框圖就變成了如下所示：

其中噪聲會(huì)直接降低ADC信噪比SNR，而非線性則引入了失真和諧波，進(jìn)一步降低了潛在的信噪比SNR，例如12Bit ADC的ENOB實(shí)際往往只能達(dá)到10.5。且ENOB與頻率相關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，頻率越高導(dǎo)致的電路非線性越明顯，ENOB實(shí)際值也越低。

2、示波器ADC之前的有源器件也會(huì)引入失真和噪聲。

首先，VGA(可變?cè)鲆娣糯笃?用于調(diào)節(jié)示波器的輸入信號(hào)大小，優(yōu)化ADC動(dòng)態(tài)范圍；

其次，中間的模擬濾波器是低通抗混疊濾波器；

前兩者都會(huì)對(duì)輸入信號(hào)引入失真。而且因?yàn)閂GA模塊里含有有源器件，在保證頻率相關(guān)性的同時(shí)也引入了非線性；而模擬濾波器的頻響經(jīng)常也不太理想。這些因素都對(duì)示波器的前端設(shè)計(jì)最大限度的減少失真和噪聲提出了挑戰(zhàn)。

所以綜上來(lái)看，衡量示波器的ENOB應(yīng)該是整個(gè)示波器作為系統(tǒng)的SINAD相關(guān)的性能參數(shù)，也就是說(shuō)ENOB 是可以通過(guò)測(cè)量SINAD來(lái)推算的。而測(cè)量ADC的ENOB的方法也在IEEE 1241-2010標(biāo)準(zhǔn)里進(jìn)行了定義：

ENOB = 0.5log2(SINAD)+ 0.5log2(1.5) – log2 (A/V)

其中SINAD=10*Log10(Ps/PN&D) 即信號(hào)與噪聲加失真的功率比值，單位是dB;

A/V是信號(hào)的峰均比 (Crest factor) 。

實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，公式常簡(jiǎn)化為:

公式看起來(lái)似乎比較簡(jiǎn)單，那么是不是用示波器測(cè)量一個(gè)純凈的CW波去得到公式里面所需的參數(shù)，比如噪聲和諧波的值就能推算出ENOB呢? 實(shí)際上當(dāng)我們嘗試用示波器去測(cè)量ENOB的時(shí)候就會(huì)發(fā)現(xiàn)面臨著諸多挑戰(zhàn)。

第一，即使是最高質(zhì)量的信號(hào)發(fā)生器，也很難產(chǎn)生完全沒(méi)有失真的純凈正弦波；

如果要精確測(cè)量示波器的ENOB，就需要信號(hào)源的ENOB優(yōu)于示波器的ENOB，否則示波器測(cè)的就是信號(hào)源的質(zhì)量而非示波器的ENOB；所以信號(hào)源的選擇很重要。

下面是R&S同一個(gè)示波器測(cè)量?jī)蓚€(gè)不同型號(hào)的信號(hào)源10MHz CW波的測(cè)量結(jié)果比較，發(fā)現(xiàn)明顯第二個(gè)信號(hào)源的諧波要好很多。

第二，測(cè)量示波器的ENOB是輸入波CW的函數(shù)，前面提到它跟頻率相關(guān)，所以它實(shí)際應(yīng)該是一條掃頻曲線，而不是一個(gè)單一的數(shù)據(jù)，也就是說(shuō)輸入 10MHz和1GHz的CW波，測(cè)量出的示波器的ENOB值是不一樣的。

下面是測(cè)量繪制的某示波器對(duì)不同頻率CW波的ENOB示例：

第三，示波器ENOB測(cè)量值取決于一系列的示波器設(shè)置，設(shè)置發(fā)生變化，產(chǎn)生的結(jié)果也會(huì)不同：

• 信號(hào)路徑的選擇：50Ohm還是1MOhm；

• 垂直靈敏度的設(shè)置：1mV/div還是10mV/div還是其他；

• 帶寬選擇：帶寬越大，噪聲也越大，同時(shí)也增加了諧波和失真的潛在風(fēng)險(xiǎn)；

• 另外還有是否滿(mǎn)量程設(shè)置、是否開(kāi)啟了濾波器等等。

由上面的介紹可知，ENOB對(duì)于示波器來(lái)說(shuō)是一個(gè)N維的測(cè)量值。它是一系列的曲線圖，每條曲線包含一組固定示波器設(shè)置下的掃頻頻率。所以如果是希望用一個(gè)簡(jiǎn)單的ENOB值做參考來(lái)比較示波器之間的性能，顯然圖表并不是比較友好的方式。盡管示波器廠家大多是以規(guī)格書(shū)的一些ENOB特定數(shù)值點(diǎn)做簡(jiǎn)化，但是不同廠家需要使用相同的數(shù)值點(diǎn)和設(shè)置，這些值才有比較的意義，但是現(xiàn)實(shí)情況往往并非如此，這也就增加了比較的難度。

綜上所述，示波器的ENOB并不能簡(jiǎn)單的以ADC 的ENOB值來(lái)代替，也不是有限的一些特定數(shù)值點(diǎn)就可以概括所有的實(shí)際ENOB值，這是我們?cè)谌粘Ｕ務(wù)撌静ㄆ餍阅軙r(shí)，需要特別留意的一點(diǎn)。